實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù) 課件全套 王宜懷 第1-9章-課程導(dǎo)引+RTOS的基本概念與線(xiàn)程基礎(chǔ)知識(shí)-初步理解RT-Thread的調(diào)度原理

RTOS1.1實(shí)時(shí)操作0系統(tǒng)的基本含義課程導(dǎo)引第1章RTOS的基本概念與線(xiàn)程基礎(chǔ)知識(shí)1.2RTOS中的基本概念1.3線(xiàn)程的三要素、四種狀態(tài)及三種基本形式1.4本章小結(jié)RTOS課程導(dǎo)引1．學(xué)什么？第1頁(yè)共27頁(yè)本課程以國(guó)產(chǎn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RT-Thread為藍(lán)本，闡述RTOS的應(yīng)用與原理。

教材：王宜懷等編著，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)：基于RT-Thread與ARM的編程實(shí)踐，機(jī)械工業(yè)出版社，2024年4月。（內(nèi)含硬件板，定價(jià)89.90元，網(wǎng)上折扣后為70元左右。）RTOS全書(shū)包含基礎(chǔ)應(yīng)用篇（1~6章）、綜合實(shí)踐篇（7~8章）、原理剖析篇（9章）三大部分，只做實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下應(yīng)用開(kāi)發(fā)，可只閱讀基礎(chǔ)應(yīng)用篇與綜合實(shí)踐篇，希望了解原理，則通讀全書(shū)。電子資源下載地址：https:///RTwThreadwARMjc/list.htm第2頁(yè)共27頁(yè)RTOS2．為什么要學(xué)？（1）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是嵌入式人工智能與物聯(lián)網(wǎng)終端的重要工具和運(yùn)行載體；（2）隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，RAM、Flash空間變大，價(jià)格降低，RTOS將逐步成為標(biāo)準(zhǔn)配置；（3）使用RTOS，可以把一個(gè)大工程分解成一個(gè)一個(gè)小工程，RTOS為應(yīng)用編程提供服務(wù)，方便應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、維護(hù)與程序移植。第3頁(yè)共27頁(yè)RTOS3．如何學(xué)？—“勤”（1）學(xué)習(xí)過(guò)程：課前預(yù)習(xí)：花20分鐘左右瀏覽課本；聽(tīng)課：帶好紙質(zhì)和筆，腦手聯(lián)動(dòng)；課后：及時(shí)看書(shū)、梳理札記、完成作業(yè)，當(dāng)天完成當(dāng)天任務(wù)；實(shí)驗(yàn)：勤動(dòng)手；期中、期末復(fù)習(xí)：收攏知識(shí)；（2）電子札記：按照模板，嚴(yán)格遵守排版格式，及時(shí)梳理知識(shí)要點(diǎn)；（3）勤問(wèn)：學(xué)問(wèn)學(xué)問(wèn)，一要學(xué)，二要問(wèn)，要克服“不問(wèn)”之慣性，問(wèn)老師、問(wèn)同學(xué)。

第4頁(yè)共27頁(yè)RTOS嵌入式系統(tǒng)，即嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是不以計(jì)算機(jī)形式出現(xiàn)的“計(jì)算機(jī)”。這類(lèi)計(jì)算機(jī)隱含在各種具體產(chǎn)品之中，在這些產(chǎn)品中，計(jì)算機(jī)程序發(fā)揮關(guān)鍵核心作用。嵌入式處理器按其應(yīng)用范圍可以分為電子系統(tǒng)智能化（微控制器MCU）和計(jì)算機(jī)應(yīng)用延伸（應(yīng)用處理器MAP）兩大類(lèi)。1.1實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基本含義1.1.1無(wú)操作系統(tǒng)與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)第5頁(yè)共27頁(yè)RTOS1．無(wú)操作系統(tǒng)下程序運(yùn)行流程無(wú)操作系統(tǒng)（NoOperatingSystem，NOS）的嵌入式系統(tǒng)中，在系統(tǒng)復(fù)位后，首先進(jìn)行堆棧、中斷向量、系統(tǒng)時(shí)鐘、內(nèi)存變量、部分硬件模塊等初始化工作，然后進(jìn)入“無(wú)限循環(huán)”，在這個(gè)無(wú)限循環(huán)中，CPU一般根據(jù)一些全局變量的值決定執(zhí)行各種功能程序（線(xiàn)程），這是第一條運(yùn)行路線(xiàn)。若發(fā)生中斷，將響應(yīng)中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)例程（InterruptServiceRoutines，ISR），這是第二條運(yùn)行路線(xiàn)，執(zhí)行完ISR后，返回中斷處繼續(xù)執(zhí)行。從操作系統(tǒng)的調(diào)度功能角度理解，NOS中的主程序，可以被簡(jiǎn)單地理解為一個(gè)RTOS內(nèi)核，這個(gè)內(nèi)核負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化和調(diào)度其它線(xiàn)程。注：NOS實(shí)例演示（

..\03-Software\CH02\NOS）第6頁(yè)共27頁(yè)RTOS2．RTOS下程序運(yùn)行流程本書(shū)主要闡述面向嵌入式人工智能與物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）的應(yīng)用方法與原理。在基于RTOS的編程模式下，同樣有兩條線(xiàn)路：一條是線(xiàn)程線(xiàn)，編程時(shí)把一個(gè)較大工程分解成幾個(gè)較小的工程（被稱(chēng)為線(xiàn)程或任務(wù)），有個(gè)調(diào)度者負(fù)責(zé)這些線(xiàn)程的執(zhí)行；另一條線(xiàn)路是中斷線(xiàn)，與NOS情況一致，若發(fā)生中斷，將響應(yīng)中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序（ISR），然后返回中斷處繼續(xù)執(zhí)行。注：RT-Thread實(shí)例演示（..\03-Software\CH02\NOSRT-Thread）第7頁(yè)共27頁(yè)RTOS3．RTOS的基本功能線(xiàn)程管理與調(diào)度、線(xiàn)程間的同步與通信、存儲(chǔ)管理、時(shí)間管理、中斷管理等。4．RTOS的應(yīng)用場(chǎng)合將成為未來(lái)MCU應(yīng)用開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)配置。（選擇具體的RTOS時(shí)，注意避免收費(fèi)陷阱）第8頁(yè)共27頁(yè)RTOS1.1.2實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)有實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)之分。應(yīng)用處理器使用的嵌入式操作系統(tǒng)EOS對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高，主要關(guān)心功能，這類(lèi)操作系統(tǒng)主要有標(biāo)準(zhǔn)鴻蒙、Android、iOS、嵌入式Linux等。（多進(jìn)程操作系統(tǒng)）而以微控制器為核心的嵌入式系統(tǒng)，期望能夠在較短的確定時(shí)間內(nèi)完成特定的系統(tǒng)功能或中斷響應(yīng)，應(yīng)用于這類(lèi)系統(tǒng)中的操作系統(tǒng)就是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，這類(lèi)操作系統(tǒng)主要有RT-Thread、輕量級(jí)鴻蒙、μC/OS、MQX、FreeRTOS等。（單進(jìn)程操作系統(tǒng)）第9頁(yè)共27頁(yè)RTOS1.2RTOS中的基本概念1.2.1線(xiàn)程與調(diào)度的基本含義1．線(xiàn)程的基本含義（重點(diǎn)）線(xiàn)程是RTOS中最重要概念之一。在RTOS下，把一個(gè)復(fù)雜的嵌入式應(yīng)用工程按一定規(guī)則分解成一個(gè)個(gè)功能清晰的小工程，然后設(shè)定各個(gè)小工程的運(yùn)行規(guī)則，交給RTOS管理，這就是基于RTOS編程的基本思想。這一個(gè)個(gè)小工程被稱(chēng)為“線(xiàn)程（Thread）”，RTOS管理這些線(xiàn)程，被稱(chēng)為“調(diào)度（Scheduling）”。第10頁(yè)共27頁(yè)RTOS1）從線(xiàn)程調(diào)度角度理解：RTOS中的線(xiàn)程是一個(gè)功能清晰的小程序，是RTOS調(diào)度的基本單元；2）從RTOS的軟件設(shè)計(jì)角度來(lái)理解：線(xiàn)程就是在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)具體應(yīng)用，劃分出獨(dú)立的、相互作用的程序集合。這樣的程序集合就被稱(chēng)為線(xiàn)程，每個(gè)線(xiàn)程都被賦予一定的優(yōu)先級(jí)；3）從CPU角度理解：在單CPU下，某一時(shí)刻CPU只會(huì)處理（執(zhí)行）一個(gè)線(xiàn)程，或說(shuō)只有一個(gè)線(xiàn)程占用CPU。RTOS內(nèi)核關(guān)鍵功能就是以合理的方式為系統(tǒng)中的每個(gè)線(xiàn)程分配時(shí)間（即調(diào)度），使之得以運(yùn)行。第11頁(yè)共27頁(yè)RTOS2．調(diào)度的基本含義（重點(diǎn)）調(diào)度就是決定該輪到哪個(gè)線(xiàn)程運(yùn)行了，它是內(nèi)核最重要的職責(zé)。例如，一臺(tái)晚會(huì)有小品、相聲、唱歌、詩(shī)朗誦等節(jié)目，而舞臺(tái)只有一個(gè)，在晚會(huì)過(guò)程中導(dǎo)演會(huì)指揮每個(gè)節(jié)目什么時(shí)間進(jìn)行候場(chǎng)、什么時(shí)間上臺(tái)進(jìn)行表演、表演多長(zhǎng)時(shí)間等，這個(gè)過(guò)程就可以看做是導(dǎo)演在對(duì)各個(gè)獨(dú)立的節(jié)目進(jìn)行調(diào)度，通過(guò)導(dǎo)演的調(diào)度各個(gè)節(jié)目有序演出，觀眾就能看到一臺(tái)精彩的晚會(huì)。優(yōu)先級(jí)的調(diào)度算法算法的核心思想是：總是讓處于就緒態(tài)的、優(yōu)先級(jí)最高的線(xiàn)程先運(yùn)行，優(yōu)先級(jí)相同的按照先進(jìn)就緒隊(duì)列先運(yùn)行，同優(yōu)先級(jí)的可各運(yùn)行一定時(shí)間片。第12頁(yè)共27頁(yè)RTOS1.2.2

內(nèi)核類(lèi)其他基本概念1．時(shí)鐘節(jié)拍時(shí)鐘節(jié)拍：時(shí)鐘節(jié)拍（ClockTick），有時(shí)也直接譯為時(shí)鐘嘀嗒，它是一個(gè)定時(shí)器產(chǎn)生的周期性中斷，調(diào)度功能重要來(lái)源之一。

2．代碼臨界段代碼臨界段：也稱(chēng)為臨界區(qū)，是指部分代碼開(kāi)始執(zhí)行則不允許任何中斷打擾。在進(jìn)入時(shí)關(guān)中斷，出來(lái)時(shí)開(kāi)中斷。3．不可搶占型內(nèi)核與可搶占型內(nèi)核不可搶占型內(nèi)核：要求每個(gè)線(xiàn)程主動(dòng)放棄CPU的使用權(quán)?？蓳屨夹蛢?nèi)核：一個(gè)正在運(yùn)行的線(xiàn)程可以被打斷，而讓另一個(gè)優(yōu)先級(jí)更高、且變?yōu)榫途w態(tài)的線(xiàn)程運(yùn)行。一般為可搶占型內(nèi)核。第13頁(yè)共27頁(yè)RTOS4．實(shí)時(shí)性相關(guān)概念及RTOS實(shí)時(shí)性指標(biāo)（了解）實(shí)時(shí)性：實(shí)時(shí)性可以理解為在規(guī)定時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)的反應(yīng)能力，可分為硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)。硬實(shí)時(shí)：要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)必須完成操作。軟實(shí)時(shí)：只要按照線(xiàn)程的優(yōu)先級(jí)盡可能快地完成操作即可。評(píng)價(jià)一個(gè)RTOS一般可從以下幾個(gè)方面來(lái)衡量

：

（1）線(xiàn)程調(diào)度的時(shí)間指標(biāo)調(diào)度延時(shí)、線(xiàn)程切換時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間。

（2）中斷禁止時(shí)間、中斷延遲時(shí)間。

（3）最小內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)。第14頁(yè)共27頁(yè)RTOS1．線(xiàn)程的上下文及線(xiàn)程切換（重點(diǎn)、難點(diǎn)）線(xiàn)程的上下文是指某一時(shí)間點(diǎn)CPU內(nèi)部寄存器的內(nèi)容。當(dāng)多線(xiàn)程內(nèi)核決定運(yùn)行另外的線(xiàn)程時(shí)，它保存正在運(yùn)行線(xiàn)程的上下文，保存在線(xiàn)程自己的堆棧之中。入棧工作完成以后，就把下一個(gè)將要運(yùn)行線(xiàn)程的上下文，從其線(xiàn)程堆棧中重新裝入CPU的寄存器，開(kāi)始下一個(gè)線(xiàn)程的運(yùn)行，這一過(guò)程叫作線(xiàn)程切換或上下文切換。上下文的英文單詞是context，這個(gè)詞具有場(chǎng)景、語(yǔ)境、來(lái)龍去脈的含義。要點(diǎn)：線(xiàn)程棧、SP、PC1.2.3線(xiàn)程類(lèi)其他基本概念第15頁(yè)共27頁(yè)RTOS2．線(xiàn)程優(yōu)先級(jí)(了解）在一個(gè)多線(xiàn)程系統(tǒng)中，每個(gè)線(xiàn)程都有一個(gè)優(yōu)先級(jí)，RTOS根據(jù)線(xiàn)程的優(yōu)先級(jí)等進(jìn)行線(xiàn)程調(diào)度，一般情況下優(yōu)先級(jí)高的線(xiàn)程先運(yùn)行。了解有關(guān)概念：優(yōu)先級(jí)驅(qū)動(dòng)、優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)、優(yōu)先級(jí)繼承。3．線(xiàn)程間通信（后面重點(diǎn)學(xué)習(xí)的內(nèi)容，RTOS為我們服務(wù)的）線(xiàn)程間通信是指線(xiàn)程間的信息交換，其作用是實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程間同步及數(shù)據(jù)傳輸。同步是指根據(jù)線(xiàn)程間的合作關(guān)系，協(xié)調(diào)不同線(xiàn)程間的執(zhí)行順序。線(xiàn)程間通信的方式主要有事件、消息隊(duì)列、信號(hào)量、互斥量等。4．資源（了解）RTOS中的資源是指任何被線(xiàn)程所占用的實(shí)體，可以是輸入/輸出設(shè)備，例如顯示器，也可以是一個(gè)變量、結(jié)構(gòu)或數(shù)組等。涉及資源的主要概念有：共享資源、互斥與死鎖等。第16頁(yè)共27頁(yè)RTOS1.3線(xiàn)程的三要素、四種狀態(tài)及三種基本形式從線(xiàn)程的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)上看，線(xiàn)程由三個(gè)部分組成：線(xiàn)程函數(shù)、線(xiàn)程堆棧、線(xiàn)程描述符，這就是線(xiàn)程的三要素。線(xiàn)程函數(shù)：線(xiàn)程要完成具體功能的程序；線(xiàn)程堆棧：每個(gè)線(xiàn)程擁有自己獨(dú)立的線(xiàn)程堆棧空間，用于保存線(xiàn)程在調(diào)度時(shí)的上下文信息及線(xiàn)程內(nèi)部使用的局部變量；線(xiàn)程描述符：關(guān)聯(lián)了線(xiàn)程屬性的程序控制塊，記錄le線(xiàn)程的各個(gè)屬性。1.3.1線(xiàn)程的三要素：線(xiàn)程函數(shù)、線(xiàn)程堆棧、線(xiàn)程描述符（重點(diǎn)）第17頁(yè)共27頁(yè)RTOS1．線(xiàn)程函數(shù)一個(gè)線(xiàn)程，對(duì)應(yīng)一段函數(shù)代碼，完成一定功能，可被稱(chēng)之為線(xiàn)程函數(shù)。RTOS內(nèi)核如何知道哪個(gè)該先運(yùn)行呢？由于任何時(shí)刻只能有一個(gè)線(xiàn)程在運(yùn)行（處于激活態(tài)），當(dāng)RTOS內(nèi)核使一個(gè)線(xiàn)程運(yùn)行時(shí)，之前的運(yùn)行線(xiàn)程就會(huì)退出激活態(tài)。CPU被處于激活態(tài)的線(xiàn)程所獨(dú)占，從這個(gè)角度看，線(xiàn)程函數(shù)與無(wú)操作系統(tǒng)（NOS）中的“main”函數(shù)性質(zhì)相近，一般被設(shè)計(jì)為“永久循環(huán)”，認(rèn)為線(xiàn)程一直在執(zhí)行，永遠(yuǎn)獨(dú)占處理器。但也有一些特殊性，將在第6章中討論。第18頁(yè)共27頁(yè)RTOS2．線(xiàn)程堆棧（重點(diǎn)、難點(diǎn)）線(xiàn)程堆棧是獨(dú)立于線(xiàn)程函數(shù)之外的RAM，是按照“先進(jìn)后出”策略組織的一段連續(xù)存儲(chǔ)空間，是RTOS中線(xiàn)程的重要組成部分。在RTOS中被創(chuàng)建的每個(gè)線(xiàn)程都有自己私有的堆?？臻g，在線(xiàn)程的運(yùn)行過(guò)程中，堆棧用于保存線(xiàn)程程序運(yùn)行過(guò)程中的局部變量、線(xiàn)程調(diào)用普通函數(shù)時(shí)會(huì)為線(xiàn)程保存返回地址等參數(shù)變量、保存線(xiàn)程的上下文等等。第19頁(yè)共27頁(yè)RTOS3．線(xiàn)程描述符（重點(diǎn)、難點(diǎn)）線(xiàn)程被創(chuàng)建時(shí)，系統(tǒng)會(huì)為每個(gè)線(xiàn)程創(chuàng)建一個(gè)唯一的線(xiàn)程描述符TD，它相當(dāng)于線(xiàn)程在RTOS中的一個(gè)“身份證”，RTOS就是通過(guò)這些“身份證”來(lái)管理線(xiàn)程和查詢(xún)線(xiàn)程信息的。在RTOS中，一般情況下使用列表來(lái)維護(hù)線(xiàn)程描述符。在RT-Thread中阻塞列表用于存放因等待某個(gè)信號(hào)而終止運(yùn)行的線(xiàn)程；延時(shí)列表用于存放通過(guò)延時(shí)函數(shù)或等待某個(gè)信號(hào)指定的時(shí)間而終止運(yùn)行的線(xiàn)程；就緒列表則按優(yōu)先級(jí)的高低存放準(zhǔn)備要運(yùn)行的線(xiàn)程。第20頁(yè)共27頁(yè)RTOS1．線(xiàn)程狀態(tài)的基本含義（重點(diǎn)、難點(diǎn)）1）終止態(tài)：線(xiàn)程已經(jīng)完成，或被刪除，不再需要使用CPU。2）阻塞態(tài)：又可稱(chēng)為“掛起態(tài)”。線(xiàn)程未準(zhǔn)備好，不能被激活。當(dāng)?shù)却龝r(shí)間到或等待的情況發(fā)生時(shí)，該線(xiàn)程才變?yōu)榫途w態(tài)。3）就緒態(tài)：線(xiàn)程已經(jīng)準(zhǔn)備好可以被激活，但未進(jìn)入激活態(tài)。一旦獲取CPU的使用權(quán)就可以進(jìn)入激活態(tài)，處于就緒態(tài)的線(xiàn)程描述符存放于就緒列表中。4）激活態(tài)：即“運(yùn)行態(tài)”，線(xiàn)程在運(yùn)行中，線(xiàn)程擁有CPU使用權(quán)。在任一時(shí)刻，線(xiàn)程被創(chuàng)建后所處的狀態(tài)一定是四種狀態(tài)之一。1.3.2線(xiàn)程的四種狀態(tài)：終止態(tài)、阻塞態(tài)、就緒態(tài)和激活態(tài)第21頁(yè)共27頁(yè)RTOS2．線(xiàn)程狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換（了解）RTOS線(xiàn)程的四種狀態(tài)是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換的

1）終止態(tài)轉(zhuǎn)為就緒態(tài)：線(xiàn)程重新被開(kāi)始，根據(jù)線(xiàn)程優(yōu)先級(jí)進(jìn)入就緒態(tài)。2）阻塞態(tài)轉(zhuǎn)為就緒態(tài)：阻塞條件被解除。3）就緒態(tài)轉(zhuǎn)為激活態(tài)、終止態(tài)。就緒線(xiàn)程被調(diào)度而獲得CPU資源進(jìn)入運(yùn)行；也可以直接調(diào)用函數(shù)進(jìn)入激活態(tài)。4）激活態(tài)轉(zhuǎn)為就緒態(tài)、阻塞態(tài)、終止態(tài)。5）激活態(tài)轉(zhuǎn)為就緒態(tài)、阻塞態(tài)。第22頁(yè)共27頁(yè)RTOS線(xiàn)程函數(shù)一般分為兩個(gè)部分：初始化部分和線(xiàn)程體部分初始化部分實(shí)現(xiàn)對(duì)變量的定義、初始化以及設(shè)備的打開(kāi)等線(xiàn)程體部分負(fù)責(zé)完成該線(xiàn)程的基本功能。線(xiàn)程一般結(jié)構(gòu)如下：voidthread_a(uint32_tinitial_data){

//初始化部分

//線(xiàn)程體部分}線(xiàn)程的基本形式：?jiǎn)未螆?zhí)行線(xiàn)程、周期執(zhí)行線(xiàn)程和事件驅(qū)動(dòng)線(xiàn)程。1.3.3線(xiàn)程的三種基本形式：?jiǎn)未螆?zhí)行、周期執(zhí)行、資源驅(qū)動(dòng)第23頁(yè)共27頁(yè)RTOS1．單次執(zhí)行線(xiàn)程指在創(chuàng)建后只會(huì)被執(zhí)行一次，執(zhí)行完后就會(huì)被銷(xiāo)毀或阻塞的線(xiàn)程。如自動(dòng)線(xiàn)程。voidthread_a(uint32_tinitial_data){//初始化部分//線(xiàn)程體部分//線(xiàn)程函數(shù)銷(xiāo)毀或阻塞}初始化：包括對(duì)變量的定義和賦值，打開(kāi)需要使用的設(shè)備等等；線(xiàn)程函數(shù)的執(zhí)行：該線(xiàn)程的基本功能實(shí)現(xiàn)；線(xiàn)程函數(shù)的銷(xiāo)毀或阻塞：即調(diào)用線(xiàn)程銷(xiāo)毀或者阻塞函數(shù)將自己從線(xiàn)程列表中刪除。第24頁(yè)共27頁(yè)RTOS2．周期執(zhí)行線(xiàn)程指需要按照一定周期執(zhí)行的線(xiàn)程，大部分線(xiàn)程如此，與NOS下main.c一致。voidthread_a(uint32_tinitial_data){//初始化部分……

//線(xiàn)程體部分while(1){ //循環(huán)體部分}}線(xiàn)程函數(shù)的執(zhí)行是放在永久循環(huán)體中執(zhí)行的。線(xiàn)程需要按照一定周期執(zhí)行，執(zhí)行完該線(xiàn)程之后可能需要調(diào)用延時(shí)函數(shù)wait將自己放入延時(shí)列表中，等時(shí)間到了之后重新進(jìn)入就緒態(tài)。第25頁(yè)共27頁(yè)RTOS3．資源驅(qū)動(dòng)線(xiàn)程資源：主要指信號(hào)量、事件等線(xiàn)程通信與同步中的方法。資源驅(qū)動(dòng)線(xiàn)程是操作系統(tǒng)特有的線(xiàn)程類(lèi)型。執(zhí)行時(shí)間不確定，所要等待的資源可用時(shí)才轉(zhuǎn)入就緒態(tài)，否則會(huì)被加入到等待該資源的等待列表中。voidthread_a(uint32_tinitial_data)){//初始化部分……while(1){

//調(diào)用等待資源函數(shù)//線(xiàn)程體部分}}第26頁(yè)共27頁(yè)RTOS1.4本章小結(jié)在RTOS下編程與NOS下編程相比有顯著優(yōu)點(diǎn)，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是有個(gè)調(diào)度者，指揮協(xié)調(diào)著各個(gè)線(xiàn)程的運(yùn)行，這樣編程者可以把一個(gè)大工程分解成一個(gè)個(gè)小工程，交由RTOS管理，這符合軟件工程的基本原理。線(xiàn)程是RTOS中最重要概念之一。在RTOS下，把一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用工程按一定規(guī)則分解成一個(gè)個(gè)功能清晰的小工程，然后設(shè)定各個(gè)小工程運(yùn)行規(guī)則，交給RTOS管理，這就是基于RTOS編程的基本思想。這一個(gè)個(gè)小工程被稱(chēng)為線(xiàn)程，RTOS管理這些線(xiàn)程，被稱(chēng)為調(diào)度。線(xiàn)程可以分別從線(xiàn)程調(diào)度、軟件設(shè)計(jì)、占用CPU等不同視角來(lái)理解。調(diào)度就是以合理方式為每個(gè)線(xiàn)程分配時(shí)間，使之得以運(yùn)行。一個(gè)函數(shù)只有在給出其線(xiàn)程描述符及線(xiàn)程堆棧的情況下，才可以被稱(chēng)為線(xiàn)程，才能夠被調(diào)度運(yùn)行。線(xiàn)程一般有四種狀態(tài)，分別為：終止態(tài)、阻塞態(tài)、就緒態(tài)和激活態(tài)。線(xiàn)程有三種基本形式，分別是單次執(zhí)行、周期執(zhí)行及資源驅(qū)動(dòng)等形式。第27頁(yè)共27頁(yè)RTOS第2章RT-Thread第一個(gè)樣例工程本章導(dǎo)引：學(xué)習(xí)RTOS，首先要以一個(gè)芯片為基礎(chǔ)，按照“分門(mén)別類(lèi)，各有歸處”的原則，從建立無(wú)操作系統(tǒng)開(kāi)始，建立起RTOS的工程框架，讓幾個(gè)最簡(jiǎn)單的線(xiàn)程“跑”起來(lái)。以此簡(jiǎn)明理解線(xiàn)程被調(diào)度運(yùn)行的基本過(guò)程，隨后就可以進(jìn)行RTOS下程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)了。本章給出RT-Thread的工程框架及第一個(gè)樣例工程。2.1RT-Thread簡(jiǎn)介RTOS第2章RT-Thread第一個(gè)樣例工程2.3第一個(gè)樣例工程2.4本章小結(jié)2.2軟硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)第29頁(yè)共24頁(yè)RT-Thread（RealTime-Thread）是上海睿賽德電子科技有限公司于2006年開(kāi)始推出的開(kāi)源及社區(qū)化發(fā)展的一款實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，主要面向嵌入式人工智能與物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。RTOS2.1RT-Thread簡(jiǎn)介（了解）2.1.1RT-Thread概述2.1.2RT-Thread的基本特點(diǎn)開(kāi)源免費(fèi)且有技術(shù)支持；淺顯易懂，方便移植；可裁剪性強(qiáng)；占用資源?。ㄎ覀冇?KB的RAM下運(yùn)行案例）、功耗低。第30頁(yè)共24頁(yè)/download.html#download-rt-thread-nano如需更新工程內(nèi)的RT-Thread的版本，本書(shū)附錄A（P222），給出了RT-Thread版本更新方法RTOS2.1.3下載與更新RT-Thread源碼

從2006年開(kāi)始推出版本0.1.0后不斷升級(jí)和更新，本書(shū)用的是2017年后推出RT-ThreadNano精簡(jiǎn)內(nèi)核版，版本號(hào)是3.1.5。下載地址：第31頁(yè)共24頁(yè)RTOS2.2軟硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)學(xué)習(xí)RTOS一定要以一個(gè)軟硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為藍(lán)本，學(xué)習(xí)共性技術(shù)，銜接個(gè)性，仿真達(dá)不到目的。本書(shū)的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為：AHL-STM32L431（書(shū)中贈(zèng)送）。軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為：金葫蘆集成開(kāi)發(fā)環(huán)境AHL-GEC-IDE，對(duì)于本書(shū)例程，兼容ST的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境STM32CubeIDE。第32頁(yè)共24頁(yè)2.2.1網(wǎng)上電子資源RTOS網(wǎng)上電子資源內(nèi)容索引文件夾主要內(nèi)容01-Document文檔文件夾（AHL-STM32L431用戶(hù)手冊(cè)、參考等）02-Hardware硬件文件夾（硬件資源電子文檔）03-Software軟件文件夾（各章樣例源程序，按照章進(jìn)行編號(hào)）04-Tool工具文件夾（編程實(shí)踐中可能使用的軟件工具）下載地址：https:///RTwThreadwARMjc/list.htm第33頁(yè)共24頁(yè)2.2.2硬件平臺(tái)：AHL-STM32L431RTOS1．為什么需要硬件平臺(tái)？1）嵌入式軟件開(kāi)發(fā)有別于PC軟件開(kāi)發(fā)的一個(gè)顯著的特點(diǎn)在于，它需要一個(gè)交叉編譯和調(diào)試環(huán)境，即工程的編輯和編譯所使用的軟件通常在PC上運(yùn)行，而編譯生成的嵌入式軟件的機(jī)器碼文件則需要通過(guò)寫(xiě)入工具下載到目標(biāo)機(jī)上執(zhí)行。2）“仿真”不真，無(wú)法達(dá)到實(shí)際學(xué)習(xí)目標(biāo)。3）有硬件條件，當(dāng)然好！（本書(shū)內(nèi)直接夾帶）第34頁(yè)共24頁(yè)RTOS2．AHL-STM32L431開(kāi)發(fā)板的引出腳3．AHL-STM32L431開(kāi)發(fā)板的特點(diǎn)1）核心芯片。64引腳LQFP封裝的STM32L431RC芯片。內(nèi)含256KBFlash（共有128個(gè)扇區(qū)）、64KBRAM，包含SysTick、GPIO、串口、A/D、D/A、I2C、SPI等模塊。2）硬件功能。由硬件最小系統(tǒng)、紅綠藍(lán)三色燈、觸摸按鍵、溫度傳感器、兩路TTL-USB串口等構(gòu)成。3）Type-C接口。方便程序下載與printf輸出進(jìn)行跟蹤調(diào)試。4）可擴(kuò)展應(yīng)用。不僅可以用于RT-Thread實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，也通過(guò)板的引出腳，外接其他接口模塊進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐。引出腳的含義參見(jiàn)附錄B（P222）第35頁(yè)共24頁(yè)2.2.3軟件平臺(tái)：金葫蘆集成開(kāi)發(fā)環(huán)境RTOS1．AHL-GEC-IDEhttp:///AHLwGECwIDE/list.htm2．STM32CubeIDEhttps:///zh/development-tools/stm32cubeide.html#get-software蘇州大學(xué)嵌入式實(shí)驗(yàn)室于2018年開(kāi)始逐步推出的免費(fèi)嵌入式集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，集成了GNU編譯器、匯編器等，具有編輯、編譯、程序下載、printf打樁調(diào)試等功能，為設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)簡(jiǎn)捷易用的嵌入式開(kāi)發(fā)工具。主要特點(diǎn)有:1）兼容常用開(kāi)發(fā)環(huán)境；2）支持串口下載調(diào)試；3）具有外接軟件功能；4）包含豐富的常用工具；5）簡(jiǎn)化工程配置；6）提供可擴(kuò)展功能。該集成開(kāi)發(fā)環(huán)境是適用于ST公司的MCU。本書(shū)提供的例程兼容AHL-GEC-IDE與STM32CubeIDE。第36頁(yè)共24頁(yè)2.3.1樣例程序功能2.3第一個(gè)樣例工程RTOS樣例程序的硬件是紅、綠、藍(lán)三色一體的發(fā)光極管（小燈），由三個(gè)GPIO引腳控制其亮暗。軟件控制紅、綠、藍(lán)各燈每5秒、10秒、20秒狀態(tài)變化，對(duì)外表現(xiàn)為三色燈的合成色，其實(shí)際效果如右圖所示。第37頁(yè)共24頁(yè)2.3.2工程框架設(shè)計(jì)原則RTOS所謂工程框架是指工程內(nèi)文件夾的命名、文件的存放位置、文件內(nèi)容的放置規(guī)則。軟件工程與一件建筑作品、一件畫(huà)作等是一致的，軟件工程框架是整個(gè)工程的脊梁，其主要線(xiàn)程不是完成一個(gè)單獨(dú)的模塊功能，而是指出工程應(yīng)該包含哪些文件夾、這些文件夾里面應(yīng)該放置什么文件、各個(gè)文件的內(nèi)容又是如何定位等。因此，工程框架設(shè)計(jì)的基本原則應(yīng)該是：分門(mén)別類(lèi)，各有歸處，建立工程文件夾，并考慮隨后內(nèi)容安排及內(nèi)容定位，建立其下級(jí)子文件夾。第38頁(yè)共24頁(yè)2.3.3NOS工程框架RTOS1．NOS工程框架的樹(shù)形結(jié)構(gòu)

文檔文件夾：文檔作為工密切相關(guān)部分，是軟件工程的基本要求CPU文件夾：存放CPU相關(guān)文件，由ARM提供給MCU廠家MCU文件夾：含有l(wèi)inker_file、startup、MCU_drivers下級(jí)文件夾GEC文件夾：引入通用嵌入式計(jì)算機(jī)（GEC）概念，預(yù)留該文件夾用戶(hù)板文件夾：含有硬件接線(xiàn)信息的User.h文件及應(yīng)用驅(qū)動(dòng)軟件構(gòu)件文件夾：含有與硬件無(wú)關(guān)的軟件構(gòu)件應(yīng)用程序文件夾：應(yīng)用程序主要在此處編程N(yùn)OS工程框架樹(shù)型模板第39頁(yè)共24頁(yè)RTOS2．NOS樣例工程的main函數(shù)及isr函數(shù)線(xiàn)程線(xiàn)（main函數(shù)）：程序通過(guò)判斷全局變量gSec來(lái)控制三色小燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)紅燈每5s閃爍一次，綠燈每10s閃爍一次，藍(lán)燈每20s閃爍一次，同時(shí)通過(guò)串口輸出開(kāi)關(guān)信息。中斷線(xiàn)（isr.c中斷服務(wù)例程）：當(dāng)定時(shí)器到達(dá)定時(shí)時(shí)間1s時(shí)，會(huì)執(zhí)行定時(shí)器中斷服務(wù)例程。在定時(shí)器中斷服務(wù)例程中，首先判斷是否是由TIMER_USER觸發(fā)的中斷，如果是，對(duì)變量gSec累加，最后清除中斷標(biāo)志位。第40頁(yè)共24頁(yè)RTOS3．NOS樣例工程運(yùn)行測(cè)試..\03-Software\CH02-First-Example\NOS編譯樣例工程，通過(guò)TTL-USB串口線(xiàn)連接調(diào)試串口與PC，進(jìn)入AHL-GEC-IDE中的“下載”→“串口更新”，點(diǎn)擊“連接GEC”成功后，導(dǎo)入編譯出的.hex文件，點(diǎn)擊“一鍵自動(dòng)更新”將程序下載到目標(biāo)板上，可以觀察紅燈、藍(lán)燈和綠燈的閃爍情況，若與右圖所示一致，則正確。第41頁(yè)共24頁(yè)RTOS第42頁(yè)共24頁(yè)2.3.4RT-Thread工程框架RTOS

與NOS工程框架一致07_AppPrg文件夾：操作系統(tǒng)應(yīng)用程序主要在此處編程RT-Thread工程框架樹(shù)型模板1．RT-Thread工程框架的樹(shù)形結(jié)構(gòu)第43頁(yè)共24頁(yè)RTOS本工程框架是在NOS工程框架的基礎(chǔ)上修改了兩個(gè)文件夾：“05_UserBoard”、“07_AppPrg”，補(bǔ)充說(shuō)明如下：05_UserBoard文件夾：增加了Os_Self_API.h、OS_United_API.h兩個(gè)頭文件。Os_Self_API.h給出了RT-Thread對(duì)外接口函數(shù)API，如事件、消息隊(duì)列、信號(hào)量、互斥量等有關(guān)函數(shù)，實(shí)際函數(shù)代碼駐留于BIOS中。Os_United_API.h給出了RTOS的統(tǒng)一對(duì)外接口API，目的是實(shí)現(xiàn)不同的RTOS應(yīng)用程序可移植。07_AppPrg文件夾：是用戶(hù)自定義線(xiàn)程的函數(shù)體文件，其中threadauto_appinit.c是主線(xiàn)程文件，其他前綴名帶thread的都是用戶(hù)線(xiàn)程文件。第44頁(yè)共24頁(yè)RTOS2．RT-Thread的啟動(dòng)在該樣例工程（..\CH02-First-Example\RT-Thread）中，先后共創(chuàng)建了5個(gè)線(xiàn)程，如下表所示：第45頁(yè)共24頁(yè)RTOS3．主線(xiàn)程的執(zhí)行過(guò)程（1）主線(xiàn)程過(guò)程概述1）在主線(xiàn)程中依次創(chuàng)建藍(lán)燈線(xiàn)程、綠燈線(xiàn)程和紅燈線(xiàn)程，紅燈線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)紅燈每5s閃爍一次，綠燈線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)綠燈每10s閃爍一次，藍(lán)燈線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)藍(lán)燈每20s閃爍一次，創(chuàng)建完這些用戶(hù)線(xiàn)程之后主線(xiàn)程被終止。2）此時(shí)，在就緒列表中剩下紅燈線(xiàn)程、綠燈線(xiàn)程、藍(lán)燈線(xiàn)程和空閑線(xiàn)程這四個(gè)線(xiàn)程。第46頁(yè)共24頁(yè)RTOS3）由于就緒列表優(yōu)先級(jí)最高的第一個(gè)線(xiàn)程是thread_redlight，它優(yōu)先得到激活運(yùn)行。thread_redlight線(xiàn)程每隔5000ms控制一次紅燈的亮暗狀態(tài)，當(dāng)thread_redlight線(xiàn)程調(diào)用系統(tǒng)服務(wù)delay_ms執(zhí)行延時(shí)，調(diào)度系統(tǒng)暫時(shí)剝奪該線(xiàn)程對(duì)CPU的使用權(quán)，將該線(xiàn)程從就緒列表中移出，并將該線(xiàn)程的定時(shí)器放入延時(shí)列表中。4）thread_greenlight線(xiàn)程和thread_bluelight線(xiàn)程被系統(tǒng)依次調(diào)度執(zhí)行，根據(jù)延時(shí)時(shí)長(zhǎng)將線(xiàn)程從就緒列表中移出，并將線(xiàn)程的定時(shí)器放到延時(shí)列表中。5）當(dāng)這三個(gè)線(xiàn)程的定時(shí)器都被放到延時(shí)列表時(shí)，就緒列表中只剩下空閑線(xiàn)程，此時(shí)空閑線(xiàn)程會(huì)得到運(yùn)行。第47頁(yè)共24頁(yè)RTOS從工作原理角度來(lái)說(shuō)，調(diào)度切換是基于每1ms（時(shí)鐘嘀嗒）的SysTick中斷，在SysTick中斷服務(wù)例程中，查看延時(shí)列表中的線(xiàn)程的定時(shí)器是否到期，若有線(xiàn)程的定時(shí)器到期，則將線(xiàn)程的定時(shí)器從延時(shí)列表移出，并將線(xiàn)程放到就緒列表中。同時(shí)，由于到期線(xiàn)程的優(yōu)先級(jí)大于空閑線(xiàn)程的優(yōu)先級(jí)，會(huì)搶占空閑線(xiàn)程CPU使用權(quán)，通過(guò)上下文切換激活，再次得到運(yùn)行。這些工作屬于RTOS內(nèi)核，應(yīng)用層面只要了解即可。本樣例工程中，由于SysTick中斷相關(guān)程序?qū)儆赗T-Thread內(nèi)核，被駐留于BIOS中，第9章直接運(yùn)行源碼，可以看到SysTick中斷服務(wù)例程，這里先初略了解一下。第48頁(yè)共24頁(yè)RTOS（2）主線(xiàn)程源碼解析1）創(chuàng)建用戶(hù)線(xiàn)程。把函數(shù)變?yōu)榫€(xiàn)程。2）啟動(dòng)用戶(hù)線(xiàn)程。放入就緒隊(duì)列。3）app_init函數(shù)代碼剖析。參見(jiàn)工程源碼。第49頁(yè)共24頁(yè)RTOS4．紅燈、綠燈、藍(lán)燈線(xiàn)程函數(shù)首先將小燈初始設(shè)置為暗，然后在while(1)的永久循環(huán)體內(nèi)，通過(guò)delay_ms()函數(shù)實(shí)現(xiàn)延時(shí)，每隔指定的時(shí)間間隔切換燈的亮暗一次。delay_ms()延時(shí)操作并非停止其他操作的空跑等待，而是通過(guò)延時(shí)列表與線(xiàn)程定時(shí)器管理延時(shí)線(xiàn)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)線(xiàn)程的延時(shí)。在延時(shí)期間，線(xiàn)程被放入到延時(shí)列表中，RTOS可以調(diào)度執(zhí)行其他的線(xiàn)程。第50頁(yè)共24頁(yè)RTOS5．RT-Thread樣例工程運(yùn)行測(cè)試第51頁(yè)共24頁(yè)RTOS2.4本章小結(jié)學(xué)習(xí)RTOS的第一要素就是實(shí)踐，在實(shí)踐中體會(huì)其基本機(jī)制。要進(jìn)行實(shí)踐，必須有軟硬件基礎(chǔ)平臺(tái)，本章給出的硬件平臺(tái)AHL-STM32L431及軟件平臺(tái)AHL-GEC-IDE的介紹，可以滿(mǎn)足RTOS學(xué)習(xí)與實(shí)踐的基本要求，也可以方便地應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。良好的工程組織是軟件工程的基本要求，也是可移植、可復(fù)用、可維護(hù)的保證。要按照“分門(mén)別類(lèi)，各有歸處”的基本原則組織工程框架，且一級(jí)子文件夾不再變動(dòng)，使得新增內(nèi)容各有歸處，同時(shí)保證NOS下與RTOS下工程中一級(jí)子文件夾名稱(chēng)相同，為實(shí)際應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供了規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)模板。本章的實(shí)例只用到RTOS下的延時(shí)函數(shù)，但有三個(gè)線(xiàn)程在運(yùn)行，可以體會(huì)到這里的延時(shí)函數(shù)與運(yùn)行機(jī)器碼空延時(shí)不同，它讓出了CPU使用權(quán)，在延時(shí)期間，CPU可以執(zhí)行其他線(xiàn)程，第10章將對(duì)這種延時(shí)方式做進(jìn)一步分析。第52頁(yè)共24頁(yè)RTOS本章導(dǎo)引：對(duì)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，RTOS是一種工具，是為應(yīng)用程序服務(wù)的，它不該成為應(yīng)用程序的負(fù)擔(dān)。而我們必須基本掌握這個(gè)工具的使用方法，才能使它為我們服務(wù)，否則它會(huì)成為負(fù)擔(dān)。本章詳細(xì)介紹中斷系統(tǒng)、時(shí)間嘀嗒、延時(shí)函數(shù)、調(diào)度策略、線(xiàn)程優(yōu)先級(jí)和常用列表等RTOS下應(yīng)用程序的基本要素，帶領(lǐng)大家掌握RTOS的使用方法。第3章RTOS下應(yīng)用程序的基本要素3.2時(shí)間嘀嗒與延時(shí)函數(shù)3.1中斷基本概念及處理過(guò)程RTOS第3章RTOS下應(yīng)用程序的基本要素3.3調(diào)度策略3.4RTOS中的列表3.5本章小結(jié)第54頁(yè)共22頁(yè)RTOS3.1中斷基本概念及處理過(guò)程RTOS下程序運(yùn)行的兩條線(xiàn)路：線(xiàn)程線(xiàn)、中斷線(xiàn)線(xiàn)程線(xiàn)：可能有許多個(gè)線(xiàn)程，由內(nèi)核調(diào)度運(yùn)行中斷線(xiàn)：線(xiàn)程被某種中斷打斷后，轉(zhuǎn)去運(yùn)行中斷服務(wù)程序ISR，隨后返回原處繼續(xù)運(yùn)行第55頁(yè)共22頁(yè)RTOS3.1.1中斷基本概念1．中斷與異常的基本含義異常（exception）是CPU強(qiáng)行從正在執(zhí)行的程序切換到由某些內(nèi)部或外部條件所要求的處理線(xiàn)程上去，這些線(xiàn)程的緊急程度優(yōu)先于CPU正在執(zhí)行的線(xiàn)程。中斷（interrupt）是來(lái)自CPU外圍設(shè)備的強(qiáng)行線(xiàn)程切換請(qǐng)求。CPU對(duì)復(fù)位、中斷、異常具有同樣的處理過(guò)程，本書(shū)隨后在談及這個(gè)處理過(guò)程時(shí)統(tǒng)稱(chēng)為中斷。第56頁(yè)共22頁(yè)RTOS2．中斷源、中斷服務(wù)程序、中斷向量號(hào)與中斷向量表可以引起CPU產(chǎn)生中斷的外部器件被稱(chēng)為中斷源。CPU被中斷后轉(zhuǎn)去執(zhí)行的程序，被稱(chēng)為中斷服務(wù)程序（InterruptServiceRoutine，ISR）。一個(gè)CPU通?？梢宰R(shí)別多個(gè)中斷源，給CPU能夠識(shí)別的每個(gè)中斷源編個(gè)號(hào)，就叫中斷向量號(hào)。把各個(gè)中斷服務(wù)程序的首地址放在一段連續(xù)的地址中，并且按照中斷向量號(hào)順序存放，這個(gè)連續(xù)存儲(chǔ)區(qū)被稱(chēng)為中斷向量表。在ARMCortex-M微處理器中，還有一個(gè)非內(nèi)核中斷請(qǐng)求（InterruptRequest，IRQ）的編號(hào)，稱(chēng)為IRQ號(hào)。IRQ號(hào)將內(nèi)核中斷與非內(nèi)核中斷稍加區(qū)分，對(duì)于非內(nèi)核中斷，IRQ中斷號(hào)從0開(kāi)始遞增，而對(duì)于內(nèi)核中斷，IRQ中斷號(hào)從-1開(kāi)始遞減。第57頁(yè)共22頁(yè)RTOS3．中斷優(yōu)先級(jí)、可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷在進(jìn)行CPU設(shè)計(jì)時(shí)，一般定義了中斷源的優(yōu)先級(jí)。若CPU在程序執(zhí)行過(guò)程中，有兩個(gè)以上中斷同時(shí)發(fā)生，則優(yōu)先級(jí)最高的中斷得到最先響應(yīng)?？善帘沃袛嗍侵缚赏ㄟ^(guò)程序設(shè)置的方式?jīng)Q定不響應(yīng)該中斷，即該中斷被屏蔽了；不可屏蔽中斷是指不能通過(guò)程序方式關(guān)閉的中斷。第58頁(yè)共22頁(yè)RTOS中斷處理的基本過(guò)程有：中斷請(qǐng)求、中斷采樣、中斷響應(yīng)與中斷處理1．中斷請(qǐng)求當(dāng)某一中斷源需要CPU為其服務(wù)時(shí)，它將會(huì)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)（一種電信號(hào)）。中斷控制器獲取中斷源硬件設(shè)備的中斷向量號(hào)，并通過(guò)識(shí)別的中斷向量號(hào)，將對(duì)應(yīng)硬件模塊的中斷狀態(tài)寄存器中的“中斷請(qǐng)求位”置位，以便讓CPU知道何種中斷請(qǐng)求來(lái)了。2．中斷采樣（檢測(cè)）（了解）在中斷周期中，CPU將會(huì)檢測(cè)系統(tǒng)中是否有中斷請(qǐng)求信號(hào)，若此時(shí)有中斷請(qǐng)求信號(hào)，則CPU將會(huì)暫停當(dāng)前執(zhí)行的線(xiàn)程，轉(zhuǎn)而去對(duì)中斷請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，若系統(tǒng)中沒(méi)有中斷請(qǐng)求信號(hào)則繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前線(xiàn)程。3.1.2中斷處理的基本過(guò)程（重點(diǎn)、難點(diǎn)）第59頁(yè)共22頁(yè)RTOS3．中斷響應(yīng)與中斷處理中斷響應(yīng)的過(guò)程是由系統(tǒng)自動(dòng)完成的。在中斷的響應(yīng)過(guò)程中，首先CPU會(huì)查找中斷源所對(duì)應(yīng)的中斷模式是否允許產(chǎn)生中斷，若中斷模塊允許中斷，則響應(yīng)該中斷請(qǐng)求，中斷響應(yīng)的過(guò)程要求CPU保存當(dāng)前環(huán)境的“上下文（context）”于棧中。通過(guò)中斷向量號(hào)找到中斷向量表中對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序ISR的首地址，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行中斷服務(wù)程序ISR。第60頁(yè)共22頁(yè)RTOS4．ArmCortex-M微處理器中斷編程要點(diǎn)1）理解初始中斷向量表（轉(zhuǎn)源程序）2）確定對(duì)哪個(gè)中斷源編程3）宏定義中斷服務(wù)程序名4）編制中斷服務(wù)例程5）在RTOS下的中斷初始化第61頁(yè)共22頁(yè)RTOS時(shí)鐘嘀嗒（Timetick），是RTOS中時(shí)間的最小度量單位,是線(xiàn)程調(diào)度的基本時(shí)間單元。主要用于系統(tǒng)計(jì)時(shí)、線(xiàn)程調(diào)度等。要進(jìn)行線(xiàn)程切換，至少等一個(gè)時(shí)間嘀嗒。時(shí)鐘嘀嗒由硬件定時(shí)器產(chǎn)生，一般以毫秒（ms）為單位。在RT-Thread中，由于ArmCortex-M內(nèi)核中含有SysTick定時(shí)器，為了操作系統(tǒng)在芯片之間移植方便，時(shí)鐘嘀嗒由對(duì)SysTick定時(shí)器編程產(chǎn)生。3.2時(shí)間嘀嗒與延時(shí)函數(shù)3.2.1時(shí)間嘀嗒（重點(diǎn)）第62頁(yè)共22頁(yè)RTOS1．RTOS下延時(shí)函數(shù)的基本內(nèi)涵在有操作系統(tǒng)的情況下，線(xiàn)程一般不采用原地空跑（空循環(huán)）的方式進(jìn)行延時(shí)（該方式線(xiàn)程仍然占用CPU的使用權(quán)），而往往會(huì)使用到延時(shí)函數(shù)（該方式線(xiàn)程會(huì)讓出CPU使用權(quán)），通過(guò)使用延時(shí)列表管理延時(shí)線(xiàn)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)線(xiàn)程的延時(shí)。在RT-Thread中，提供了一個(gè)延時(shí)函數(shù)rt_thread_delay，為了直觀與通用，在Os_United_API.h文件中將該函數(shù)宏定義為delay_ms。執(zhí)行該函數(shù)時(shí)，將當(dāng)前線(xiàn)程的定時(shí)器按其延時(shí)參數(shù)指示的時(shí)間插入到延時(shí)列表的相應(yīng)位置，當(dāng)延時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，線(xiàn)程進(jìn)入就緒列表，等待RT-Thread調(diào)度運(yùn)行。3.2.2延時(shí)函數(shù)第63頁(yè)共22頁(yè)RTOS2．使用RTOS下延時(shí)函數(shù)的注意點(diǎn)1）delay_ms只能用在對(duì)時(shí)間精度要求不高或者時(shí)間間隔較長(zhǎng)的場(chǎng)合。延時(shí)時(shí)長(zhǎng)參數(shù)以時(shí)鐘嘀嗒為單位，在RT-Thread中1個(gè)時(shí)鐘嘀嗒等于1ms，這樣對(duì)延時(shí)時(shí)長(zhǎng)參數(shù)就可以理解為是以ms為單位，此時(shí)實(shí)際延時(shí)時(shí)間與希望延時(shí)時(shí)間相等。但如果1個(gè)時(shí)鐘嘀嗒大于1ms時(shí)，而對(duì)希望延時(shí)的時(shí)間精度有較高要求時(shí)（如延時(shí)時(shí)間不是時(shí)鐘嘀嗒的整數(shù)倍），由于內(nèi)核是在每個(gè)時(shí)鐘嘀嗒到來(lái)時(shí)（即SysTick中斷）才會(huì)去檢查延時(shí)列表，此時(shí)實(shí)際延時(shí)時(shí)間與希望延時(shí)時(shí)間可能會(huì)有誤差，最壞情況下的誤差接近一個(gè)時(shí)鐘嘀嗒。所以，只能用在對(duì)時(shí)間精度要求不高或者時(shí)間間隔較長(zhǎng)的場(chǎng)合。2）延時(shí)小于1個(gè)時(shí)鐘嘀嗒，不使用delay_ms函數(shù)。若需延時(shí)的時(shí)間小于1個(gè)時(shí)間時(shí)鐘嘀嗒，則不建議使用delay_ms函數(shù)，而是根據(jù)具體的延時(shí)時(shí)間，決定采用變量循環(huán)空跑（NOP指令）、插入?yún)R編語(yǔ)言或探索其他更合理的方式來(lái)解決。第64頁(yè)共22頁(yè)RTOS調(diào)度是內(nèi)核的主要職責(zé)之一，它決定將哪一個(gè)線(xiàn)程投入運(yùn)行、何時(shí)投入運(yùn)行以及運(yùn)行多久，協(xié)調(diào)線(xiàn)程對(duì)系統(tǒng)資源的合理使用。調(diào)度是一種指揮方式，有策略問(wèn)題。調(diào)度策略不同，線(xiàn)程被投入運(yùn)行時(shí)刻也不同。常用的調(diào)度策略主要有：優(yōu)先級(jí)搶占調(diào)度與時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度等。3.3調(diào)度策略3.3.1調(diào)度基礎(chǔ)知識(shí)（重點(diǎn)）第65頁(yè)共22頁(yè)RTOS1．優(yōu)先級(jí)搶占調(diào)度優(yōu)先級(jí)搶占調(diào)度總是讓就緒列表中優(yōu)先級(jí)最高的線(xiàn)程先運(yùn)行，對(duì)于優(yōu)先級(jí)相同的線(xiàn)程，則采用先進(jìn)先出（FirstInFirstOut，F(xiàn)IFO）的策略。在ARMCortex-M處理器中，中斷（異常）的優(yōu)先級(jí)一般在MCU設(shè)計(jì)階段就確定了，優(yōu)先級(jí)編號(hào)越小表示中斷（異常）的優(yōu)先級(jí)越高，而且高優(yōu)先級(jí)可以搶占低優(yōu)先級(jí)的中斷（異常）。在RT-Thread中，通常使用32種優(yōu)先級(jí)，數(shù)值分別為1~32，優(yōu)先級(jí)數(shù)值越小，表示優(yōu)先級(jí)越高。第66頁(yè)共22頁(yè)RTOS基于優(yōu)先級(jí)先進(jìn)先出調(diào)度策略在運(yùn)行時(shí)可分為以下三種情況：第一種情況，線(xiàn)程B的優(yōu)先級(jí)高于線(xiàn)程A，當(dāng)線(xiàn)程A正在運(yùn)行時(shí)，線(xiàn)程B準(zhǔn)備就緒，則調(diào)度系統(tǒng)在下一個(gè)時(shí)間嘀嗒中斷發(fā)生的時(shí)候，會(huì)將CPU的使用權(quán)從線(xiàn)程A處搶奪，將其轉(zhuǎn)入就緒態(tài)，并分配CPU使用權(quán)給線(xiàn)程B。第二種情況，當(dāng)線(xiàn)程A被阻塞后主動(dòng)放棄CPU使用權(quán)，調(diào)度系統(tǒng)將在當(dāng)前就緒的線(xiàn)程中尋找優(yōu)先級(jí)最高的線(xiàn)程，將CPU的使用權(quán)分配給它。第三種情況，當(dāng)存在同一優(yōu)先級(jí)的多個(gè)線(xiàn)程都處于就緒態(tài)時(shí)，較早進(jìn)入就緒態(tài)的線(xiàn)程優(yōu)先獲得系統(tǒng)分配的一段固定時(shí)間片供其運(yùn)行。第67頁(yè)共22頁(yè)RTOS2．時(shí)間片輪詢(xún)調(diào)度時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（RoundRobin，RR）調(diào)度策略，也總是讓就緒列表中優(yōu)先級(jí)最高的線(xiàn)程先運(yùn)行，但是，對(duì)于優(yōu)先級(jí)相同的線(xiàn)程，使用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式，即相同優(yōu)先級(jí)的線(xiàn)程相同時(shí)間片方式分享CPU時(shí)間。實(shí)際上，當(dāng)采用RR調(diào)度時(shí)，不同優(yōu)先級(jí)的線(xiàn)程是按照FIFO策略排列的；相同優(yōu)先級(jí)的線(xiàn)程會(huì)才會(huì)采用時(shí)間片輪詢(xún)來(lái)調(diào)用。第68頁(yè)共22頁(yè)RTOS在RT-Thread中，采用基于優(yōu)先級(jí)先進(jìn)先出（FIFO）和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（RR）的綜合調(diào)度策略，該調(diào)度策略為：總是將CPU的使用權(quán)分配給當(dāng)前就緒的、優(yōu)先級(jí)最高的且是較先進(jìn)入就緒態(tài)的線(xiàn)程，同一優(yōu)先級(jí)的線(xiàn)程采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的調(diào)度算法。每個(gè)輪詢(xún)線(xiàn)程有最長(zhǎng)時(shí)間限制（時(shí)間片），在此時(shí)間片內(nèi)該線(xiàn)程可以被激活。3.3.2RT-Thread中使用的調(diào)度策略（重點(diǎn)、難點(diǎn)）在RT-Thread中，調(diào)度策略是通過(guò)可掛起系統(tǒng)調(diào)用PendSV（PendableSupervisor，PendSV）中斷和定時(shí)器SysTick中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第69頁(yè)共22頁(yè)RTOS3.3.3RT-Thread中固有線(xiàn)程（重點(diǎn)）1．自啟動(dòng)線(xiàn)程在內(nèi)核啟動(dòng)之前，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)自啟動(dòng)線(xiàn)程，以便內(nèi)核啟動(dòng)后執(zhí)行它，并由它來(lái)創(chuàng)建其他用戶(hù)線(xiàn)程。當(dāng)自啟動(dòng)線(xiàn)程被創(chuàng)建時(shí)，其狀態(tài)為就緒態(tài)，會(huì)自動(dòng)被放入到就緒列表中。在RT-Thread中自啟動(dòng)線(xiàn)程的優(yōu)先級(jí)為10，在啟動(dòng)過(guò)程中由自啟動(dòng)線(xiàn)程來(lái)創(chuàng)建其他線(xiàn)程，因此它的優(yōu)先級(jí)級(jí)必須要高于或等于其他用戶(hù)線(xiàn)程的優(yōu)先級(jí)，這樣才能保證其他用戶(hù)線(xiàn)程被正常創(chuàng)建并運(yùn)行。若自啟動(dòng)線(xiàn)程優(yōu)先級(jí)低于它所創(chuàng)建的用戶(hù)線(xiàn)程優(yōu)先級(jí)，則一旦創(chuàng)建一個(gè)線(xiàn)程后，自啟動(dòng)線(xiàn)程會(huì)被搶占，無(wú)法繼續(xù)創(chuàng)建其他線(xiàn)程。第70頁(yè)共22頁(yè)RTOS2．空閑線(xiàn)程為了確保在內(nèi)核無(wú)用戶(hù)線(xiàn)程可執(zhí)行的時(shí)候，CPU能繼續(xù)保持運(yùn)行狀態(tài)，那么就必須安排一個(gè)空閑線(xiàn)程，該線(xiàn)程不完成任何實(shí)際工作，其狀態(tài)為就緒態(tài)，始終在就緒列表中。在RT-Thread中，空閑線(xiàn)程是在內(nèi)核啟動(dòng)的過(guò)程被創(chuàng)建的，其優(yōu)先級(jí)為31，是所有線(xiàn)程中最低的。第71頁(yè)共22頁(yè)RTOSRTOS中要運(yùn)行的線(xiàn)程大多先放入就緒列表，即就緒列表中的線(xiàn)程是即將運(yùn)行的線(xiàn)程，隨時(shí)準(zhǔn)備被調(diào)度運(yùn)行。至于何時(shí)被允許運(yùn)行，由內(nèi)核調(diào)度策略決定。就緒列表中的線(xiàn)程，按照優(yōu)先級(jí)高低順序及先進(jìn)先出排列。當(dāng)內(nèi)核調(diào)度器確認(rèn)哪個(gè)線(xiàn)程運(yùn)行，則將該線(xiàn)程狀態(tài)標(biāo)志由就緒態(tài)改為激活態(tài)，線(xiàn)程會(huì)從就緒列表取出被執(zhí)行。3.4RTOS中的功能列表（重點(diǎn)）3.4.1就緒列表第72頁(yè)共22頁(yè)RTOS延時(shí)阻塞列表是按線(xiàn)程的延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短的順序排列，線(xiàn)程進(jìn)入延時(shí)列表后，存儲(chǔ)的延時(shí)時(shí)間與調(diào)用延時(shí)函數(shù)實(shí)參不同，存儲(chǔ)的延時(shí)時(shí)間=（延時(shí)函數(shù)實(shí)參-所有前面線(xiàn)程存儲(chǔ)時(shí)間之和）。當(dāng)線(xiàn)程調(diào)用了延時(shí)函數(shù)，則該線(xiàn)程就會(huì)被放入到延時(shí)列表中，其狀態(tài)由激活態(tài)轉(zhuǎn)化為阻塞態(tài)。當(dāng)延時(shí)時(shí)間到時(shí)，該線(xiàn)程狀態(tài)由阻塞態(tài)轉(zhuǎn)化為就緒態(tài)，線(xiàn)程將被從延時(shí)列表移出并放入到就緒列表中，線(xiàn)程狀態(tài)被設(shè)置為就緒態(tài)，等待調(diào)度執(zhí)行。3.4.2延時(shí)阻塞列表第73頁(yè)共22頁(yè)RTOS當(dāng)線(xiàn)程進(jìn)行永久等待狀態(tài)或因等待事件位、消息、信號(hào)量、互斥量時(shí)，其狀態(tài)由激活態(tài)轉(zhuǎn)化為阻塞態(tài)，線(xiàn)程就會(huì)被放到阻塞列表中。當(dāng)?shù)却龡l件滿(mǎn)足時(shí)，該線(xiàn)程狀態(tài)由阻塞態(tài)轉(zhuǎn)化為就緒態(tài)，線(xiàn)程會(huì)從阻塞列表中移出而放入到就緒列表中，由RTOS進(jìn)行調(diào)度執(zhí)行。3.4.3條件阻塞列表為了方便對(duì)線(xiàn)程進(jìn)行分類(lèi)管理，在RTOS中會(huì)根據(jù)線(xiàn)程等待的事件位、消息、信號(hào)量、互斥量等條件，將線(xiàn)程放入對(duì)應(yīng)的阻塞列表。根據(jù)線(xiàn)程等待的條件不同，阻塞列表又可分為事件阻塞列表、消息阻塞列表、信號(hào)量阻塞列表、互斥量阻塞列表。第74頁(yè)共22頁(yè)RTOS本章給出的RTOS下應(yīng)用程序的基本要素主要是針對(duì)應(yīng)用開(kāi)發(fā)者，要理解RTOS下程序運(yùn)行的基本流程，這些基本要素是必須掌握的。異常與中斷在程序設(shè)計(jì)中有著特殊作用，使用一個(gè)芯片編程，必須知道這個(gè)芯片在硬件上支持哪些異常與中斷，中斷條件是什么，在何處進(jìn)行中斷服務(wù)例程的編程等。在RTOS中，時(shí)鐘嘀嗒是時(shí)間的最小度量單位,是線(xiàn)程調(diào)度的基本時(shí)間單元。

在RTOS中，延時(shí)函數(shù)具有讓出CPU使用權(quán)的功能，調(diào)用延時(shí)函數(shù)的線(xiàn)程將進(jìn)入延時(shí)阻塞列表，時(shí)間到達(dá)后，內(nèi)核將其從延時(shí)阻塞列表中移到就緒列表，被調(diào)度運(yùn)行。

在RTOS中，調(diào)度是內(nèi)核的主要職責(zé)之一，它決定將哪一個(gè)線(xiàn)程投入運(yùn)行、何時(shí)投入運(yùn)行以及運(yùn)行多久。編程時(shí)，只要線(xiàn)程進(jìn)入就緒列表，就認(rèn)為該線(xiàn)程已經(jīng)運(yùn)行，何時(shí)運(yùn)行就是調(diào)度者的事情了。RTOS的基本調(diào)度策略有：優(yōu)先級(jí)搶占調(diào)度與時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度等。在RTOS中，使用就緒列表管理就緒的線(xiàn)程，使用延時(shí)阻塞列表管理延時(shí)等待的線(xiàn)程，使用阻塞列表管理因等待事件、消息等而阻塞的線(xiàn)程。3.5本章小結(jié)第75頁(yè)共22頁(yè)RTOS

本章導(dǎo)引：

在RTOS中，每個(gè)線(xiàn)程作為獨(dú)立的個(gè)體，接受內(nèi)核調(diào)度器的調(diào)度運(yùn)行。但是，線(xiàn)程之間不是完全不聯(lián)系的，其聯(lián)系的方式就是同步與通信。只有掌握同步與通信的編程方法，才能編寫(xiě)出較為完整的程序，RTOS中主要的同步與通信手段有事件與消息隊(duì)列，它們是RTOS提供給應(yīng)用編程的重要工具，這個(gè)內(nèi)容是RTOS下進(jìn)行應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)需要重點(diǎn)掌握的內(nèi)容之一。在多線(xiàn)程的工程中，還會(huì)涉及到對(duì)共享資源的排他使用問(wèn)題，RTOS提供了信號(hào)量與互斥量來(lái)協(xié)調(diào)多線(xiàn)程下的共享資源的排他使用，它們也同步與通信范疇。本章給出事件、消息隊(duì)列、信號(hào)量及互斥量的含義、應(yīng)用場(chǎng)合、操作函數(shù)以及編程舉例，第9章再簡(jiǎn)明剖析其運(yùn)行機(jī)制第4章同步與通信4.1RTOS中同步與通信基本概念RTOS4.2事件4.3消息隊(duì)列4.4信號(hào)量4.5互斥量第4章同步與通信的應(yīng)用方法4.6本章小結(jié)第77頁(yè)共45頁(yè)RTOS4.1RTOS中同步與通信基本概念

在百米比賽起點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員正在等待發(fā)令槍響，一旦發(fā)令槍響，運(yùn)動(dòng)員立即起跑，這就是一種同步。當(dāng)一個(gè)人采摘蘋(píng)果放入籃子中，另外一個(gè)人只要見(jiàn)到籃子中有蘋(píng)果，就取出加工，這也是一種同步。RTOS中也有類(lèi)似的機(jī)制應(yīng)用于線(xiàn)程之間，或者中斷服務(wù)例程與線(xiàn)程之間。第78頁(yè)共45頁(yè)RTOS4.1.1同步的含義與通信手段同步：為了實(shí)現(xiàn)各線(xiàn)程之間的合作和無(wú)沖突的運(yùn)行，一個(gè)線(xiàn)程的運(yùn)行過(guò)程就需要和其他線(xiàn)程進(jìn)行配合，線(xiàn)程之間的配合過(guò)程稱(chēng)為同步。線(xiàn)程間的同步過(guò)程通常是由某種條件來(lái)觸發(fā)的，所以同步也稱(chēng)為條件同步。通信手段：為了實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程之間的同步，RTOS提供了靈活多樣的通信手段，如事件、消息隊(duì)列、信號(hào)量、互斥量等等，它們適合不同的場(chǎng)合。第79頁(yè)共45頁(yè)RTOS

1．從是否需要通信數(shù)據(jù)的角度看1）如果只發(fā)同步信號(hào)，不需要數(shù)據(jù)，可使用事件、信號(hào)量、互斥量。同步信號(hào)為多個(gè)信號(hào)的邏輯運(yùn)算結(jié)果時(shí)，一般使用事件作為同步手段。2）如果既有同步功能，又能傳輸數(shù)據(jù)，可使用消息隊(duì)列。2．從產(chǎn)生與使用數(shù)據(jù)速度的角度看

若產(chǎn)生數(shù)據(jù)的速度快于處理速度，就會(huì)有未處理的數(shù)據(jù)堆積，這種情況下只能使用有緩沖功能的通信手段，如消息隊(duì)列。但是，產(chǎn)生數(shù)據(jù)的速度總平均應(yīng)該慢于處理速度，否則消息隊(duì)列會(huì)溢出。第80頁(yè)共45頁(yè)RTOS4.1.2同步類(lèi)型（難點(diǎn)）在RTOS中，有中斷與線(xiàn)程之間的同步、兩個(gè)線(xiàn)程之間的同步、兩個(gè)以上線(xiàn)程同步一個(gè)線(xiàn)程、多個(gè)線(xiàn)程相互同步等同步類(lèi)型。1．中斷和線(xiàn)程之間的同步一般是中斷服務(wù)例程發(fā)出同步信號(hào)，處于阻塞狀態(tài)的線(xiàn)程等著這個(gè)信號(hào)。一旦這個(gè)信號(hào)發(fā)出，處于阻塞狀態(tài)的線(xiàn)程就會(huì)從阻塞狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)，接受RTOS內(nèi)核的調(diào)度。2．兩個(gè)線(xiàn)程之間的同步兩個(gè)線(xiàn)程之間的同步分為單向同步（用得多）和雙向同步（實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷(xiāo)平衡）。第81頁(yè)共45頁(yè)RTOS3

．兩個(gè)以上線(xiàn)程同步+一個(gè)線(xiàn)程（了解）當(dāng)需要由兩個(gè)以上線(xiàn)程來(lái)同步一個(gè)線(xiàn)程時(shí)，簡(jiǎn)單的通信方式難以實(shí)現(xiàn)，可采用事件按“邏輯與”來(lái)實(shí)現(xiàn)，此時(shí)被同步線(xiàn)程的執(zhí)行次數(shù)不超過(guò)各個(gè)同步線(xiàn)程中發(fā)出信號(hào)最少的線(xiàn)程的執(zhí)行次數(shù)。4

．多個(gè)線(xiàn)程相互同步（了解）多個(gè)線(xiàn)程相互同步可以將若干相關(guān)線(xiàn)程的運(yùn)行頻度保持一致，每個(gè)相關(guān)線(xiàn)程在運(yùn)行到同步點(diǎn)時(shí)都必須等待其他線(xiàn)程，只有全部相關(guān)線(xiàn)程都到達(dá)同步點(diǎn)，才可以按優(yōu)先級(jí)順序依次離開(kāi)同步點(diǎn)，從而達(dá)到相關(guān)線(xiàn)程的運(yùn)行頻度保持一致的目的。第82頁(yè)共45頁(yè)RTOS4.2.1事件的含義及應(yīng)用場(chǎng)合4.2事件

事件：當(dāng)某個(gè)線(xiàn)程需要等待另一線(xiàn)程（或中斷）的信號(hào)才能繼續(xù)工作，這個(gè)信號(hào)被稱(chēng)為事件。若需要將兩個(gè)及兩個(gè)以上的信號(hào)進(jìn)行某種邏輯運(yùn)算，用邏輯運(yùn)算的結(jié)果作為同步控制信號(hào)時(shí)，也是事件。

應(yīng)用場(chǎng)合：事件可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)線(xiàn)程（或中斷服務(wù)例程）控制另一個(gè)線(xiàn)程，多個(gè)信號(hào)也可以進(jìn)行邏輯運(yùn)算后形成一個(gè)事件。事件發(fā)出后，等待事件的線(xiàn)程將從阻塞狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)。第83頁(yè)共45頁(yè)RTOS4.2.2事件的常用函數(shù)1.創(chuàng)建事件函數(shù)(event_create)第84頁(yè)共45頁(yè)RTOS2．獲取事件函數(shù)event_recv()第85頁(yè)共45頁(yè)RTOS3．發(fā)送事件函數(shù)event_send()第86頁(yè)共45頁(yè)4.2.3事件編程舉例：通過(guò)事件實(shí)現(xiàn)中斷和線(xiàn)程通信1．事件樣例程序的功能事件編程實(shí)例見(jiàn)“..\03-Software\CH04-Syn-Comm\Event-ISR”文件夾。該工程給出了利用事件進(jìn)行中斷與線(xiàn)程同步的實(shí)例，其功能為：1）用戶(hù)串口中斷為收到一個(gè)字節(jié)產(chǎn)生中斷，在“isr.c”文件的中斷服務(wù)例程UART_User_Handler中，進(jìn)行接收組幀；2）當(dāng)串口接收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀（幀頭3A+四位數(shù)據(jù)+幀尾0D0A），發(fā)送一個(gè)事件（起名為紅燈事件）；3）在紅燈線(xiàn)程中，有等待紅燈事件的語(yǔ)句，沒(méi)有紅燈事件時(shí)，該線(xiàn)程進(jìn)入阻塞隊(duì)列，一旦有紅燈事件發(fā)生，運(yùn)行隨后的程序，紅燈狀態(tài)反轉(zhuǎn)。第87頁(yè)共45頁(yè)RTOS2．準(zhǔn)備階段1）聲明事件字全局變量并創(chuàng)建事件字。在使用事件之前，首先在07_AppPrg文件夾下的工程總頭文件（includes.h文件）中聲明一個(gè)事件字全局變量g_EventWord。2）確定要用的事件名稱(chēng)、使用事件字的哪一位。在樣例工程總頭文件includes.h的“全局使用的宏常數(shù)”處3）創(chuàng)建事件字實(shí)例。在threadauto_appinit.c文件app_init函數(shù)中創(chuàng)建。

第88頁(yè)共47頁(yè)RTOS

3．應(yīng)用階段1）等待事件位置位：這一步是在等待事件觸發(fā)的線(xiàn)程中進(jìn)行的，使用event_recv函數(shù)。2）設(shè)置事件位：這一步是在觸發(fā)事件的線(xiàn)程中進(jìn)行的（也可以在中斷服務(wù)例程中進(jìn)行），在線(xiàn)程的相應(yīng)位置使用event_send函數(shù)對(duì)事件位置位，用來(lái)表示某個(gè)特定事件發(fā)生。例：event_send(g_EventWord,RED_LIGHT_EVENT);//設(shè)置紅燈事件4．樣例程序源碼（參見(jiàn)“..\03-Software\CH04-Syn-Comm\Event-ISR”），轉(zhuǎn)入實(shí)例分析。第89頁(yè)共45頁(yè)RTOS4.3.1消息隊(duì)列的含義以及應(yīng)用場(chǎng)合4.3消息隊(duì)列

消息（Message）：是一種線(xiàn)程間數(shù)據(jù)傳送的單位，它可以是只包含文本的字符串或數(shù)字，也可以更復(fù)雜，如結(jié)構(gòu)體類(lèi)型等，所以相比使用事件時(shí)傳遞的少量數(shù)據(jù)（1位或1個(gè)字），消息則可以傳遞更多、更復(fù)雜的數(shù)據(jù)，它的傳送通過(guò)消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)。

消息隊(duì)列（MessageQueue）：是在消息傳輸過(guò)程中保存消息的一種容器，是將消息從它的源頭發(fā)送到目的地的中轉(zhuǎn)站，它是能夠?qū)崿F(xiàn)線(xiàn)程之間同步和大量數(shù)據(jù)交換的一種隊(duì)列機(jī)制。第90頁(yè)共45頁(yè)RTOS消息隊(duì)列作為具有行為同步和緩沖功能的數(shù)據(jù)通信手段，主要適用于以下兩個(gè)場(chǎng)合：第一，消息的產(chǎn)生周期較短，消息的處理周期較長(zhǎng)；第二，消息的產(chǎn)生是隨機(jī)的，消息的處理速度與消息內(nèi)容有關(guān)，某些消息的處理時(shí)間有可能較長(zhǎng)。這兩種情況均可把產(chǎn)生與處理分在兩個(gè)程序主體進(jìn)行編程，它們之間通過(guò)消息隊(duì)列通信。第91頁(yè)共45頁(yè)RTOS4.3.2消息隊(duì)列的常用函數(shù)1．創(chuàng)建消息隊(duì)列變量函數(shù)(mq_create)第92頁(yè)共45頁(yè)RTOS第93頁(yè)共45頁(yè)2．發(fā)送消息函數(shù)(mq_send)RTOS3．獲取消息函數(shù)(mq_recv)第94頁(yè)共45頁(yè)RTOS4.3.3消息隊(duì)列的編程實(shí)例：通過(guò)消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)中斷和線(xiàn)程通信1．消息隊(duì)列樣例程序功能消息隊(duì)列編程實(shí)例見(jiàn)“..\03-Software\CH04-Syn-Comm\MessageQueue”文件夾。該工程給出如何利用消息隊(duì)列中斷服務(wù)例程與線(xiàn)程之間傳遞消息，其功能為：1）用戶(hù)串口中斷為收到一個(gè)字節(jié)產(chǎn)生中斷，在“isr.c”文件的中斷服務(wù)例程UART_User_Handler中，進(jìn)行接收組幀；2）當(dāng)串口接收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送一個(gè)消息，每個(gè)消息就是數(shù)據(jù)幀中的8字節(jié)數(shù)據(jù)。每個(gè)消息的字節(jié)數(shù)是在創(chuàng)建消息隊(duì)列時(shí)確定的，且為定長(zhǎng)。3）在等待消息的線(xiàn)程（thread_message_recv）中，有等待消息的語(yǔ)句，若消息隊(duì)列中沒(méi)有消息，該線(xiàn)程進(jìn)入阻塞隊(duì)列，一旦有消息隊(duì)列中有消息，運(yùn)行隨后的程序，通過(guò)串口打印出消息，以及消息隊(duì)列中剩余消息的個(gè)數(shù)。第95頁(yè)共45頁(yè)RTOS4.3.3消息隊(duì)列的編程實(shí)例2．準(zhǔn)備階段1）聲明消息隊(duì)列全局變量。在使用消息隊(duì)列之前，首先在07_AppPrg文件夾下的工程總頭文件（includes.h文件）中聲明一個(gè)全局消息變量g_mq。2）創(chuàng)建消息隊(duì)列實(shí)例。在threadauto_appinit.c文件的app_init函數(shù)中創(chuàng)建消息隊(duì)列實(shí)例，實(shí)參為：消息變量名字為g_mq，每個(gè)消息8個(gè)字節(jié)，最大消息個(gè)數(shù)4個(gè)。第96頁(yè)共45頁(yè)RTOS3．應(yīng)用階段：1）等待消息。即通過(guò)mq_recv函數(shù)獲取消息隊(duì)列中存放的消息。例如在本節(jié)樣例程序中，thread_messagerecv.c文件中，在mq_recv函數(shù)處等待消息隊(duì)列中有消息時(shí)才會(huì)繼續(xù)往下運(yùn)行。2）發(fā)送消息（將消息放入消息隊(duì)列）。通過(guò)mq_send函數(shù)將消息放入消息隊(duì)列中，若消息隊(duì)列中存放的消息數(shù)已滿(mǎn)，則會(huì)直接舍棄該條消息。例：mq_send(g_mq,recv_data,sizeof(recv_data));4．樣例程序源碼代碼詳見(jiàn)：..\03-Software\CH04-Syn-Comm\MessageQueue，轉(zhuǎn)入實(shí)例分析。第97頁(yè)共45頁(yè)RTOS運(yùn)行結(jié)果1）當(dāng)發(fā)送一幀消息時(shí)，串口輸出消息的內(nèi)容第98頁(yè)共45頁(yè)RTOS運(yùn)行結(jié)果2）當(dāng)發(fā)送多于5個(gè)消息時(shí)，溢出的部分會(huì)被舍棄第99頁(yè)共47頁(yè)RTOS4.4.1信號(hào)量的含義與應(yīng)用場(chǎng)合4.4信號(hào)量

信號(hào)量（Semaphore）：信號(hào)量的概念最初是由荷蘭計(jì)算機(jī)科學(xué)家艾茲格·迪杰斯特拉（EdsgerW.Dijkstra）提出的，廣泛應(yīng)用于不同的操作系統(tǒng)中。維基百科（）對(duì)信號(hào)量的定義如下：信號(hào)量是一個(gè)提供信號(hào)的非負(fù)整型變量，以確保在并行計(jì)算環(huán)境中，不同線(xiàn)程在訪問(wèn)共享資源時(shí)，不會(huì)發(fā)生沖突。第100頁(yè)共45頁(yè)RTOS

可以把信號(hào)量看做實(shí)際生活中的停車(chē)位，定義的信號(hào)量個(gè)數(shù)就是停車(chē)位的個(gè)數(shù)，車(chē)子（線(xiàn)程）想要進(jìn)行停車(chē)操作必須要申請(qǐng)（wait）到可用的停車(chē)位，停車(chē)位滿(mǎn)了就只能等待(對(duì)應(yīng)線(xiàn)程阻塞)，而一旦有車(chē)輛離開(kāi)(release)，停車(chē)位就會(huì)加一。

正是信號(hào)量這種有序的特性，使得信號(hào)量在計(jì)算機(jī)中有著較多的應(yīng)用場(chǎng)合，如實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程之間的有序操作；實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程之間的互斥執(zhí)行，使信號(hào)量個(gè)數(shù)為1，對(duì)臨界區(qū)加鎖，保證同一時(shí)刻只有一個(gè)線(xiàn)程在訪問(wèn)臨界區(qū)；為了實(shí)現(xiàn)更好的性能而控制線(xiàn)程的并發(fā)數(shù)等等。第101頁(yè)共45頁(yè)RTOS4.4.2信號(hào)量的常用函數(shù)1.創(chuàng)建信號(hào)量變量函數(shù)(sem_create)第102頁(yè)共45頁(yè)RTOS2．等待獲取信號(hào)量函數(shù)第103頁(yè)共45頁(yè)RTOS3．釋放信號(hào)量函數(shù)(sem_release)第104頁(yè)共45頁(yè)RTOS4.4.3信號(hào)量的編程舉例：通過(guò)信號(hào)量來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的有序進(jìn)場(chǎng)停車(chē)1．信號(hào)量樣例程序的功能事件編程實(shí)例見(jiàn)“..\03-Software\CH04-Syn-Comm\Semaphore”文件夾。該工程給出了利用事件進(jìn)行中斷與線(xiàn)程同步的實(shí)例，其功能為：1）該工程以三輛車(chē)進(jìn)只有兩個(gè)停車(chē)位的停車(chē)場(chǎng)為例，空車(chē)位對(duì)應(yīng)于信號(hào)量，只有信號(hào)量>0，車(chē)輛才能進(jìn)場(chǎng)，車(chē)輛空位>0，車(chē)輛可以進(jìn)場(chǎng)停車(chē)，車(chē)輛空位減1；2）車(chē)輛出來(lái)時(shí)，車(chē)輛空位加1，對(duì)應(yīng)于信號(hào)量的獲取與釋放。

3）模擬程序設(shè)計(jì)的功能是車(chē)子1進(jìn)場(chǎng)停車(chē)20秒，車(chē)子2進(jìn)場(chǎng)停車(chē)10秒，車(chē)子3進(jìn)場(chǎng)停車(chē)5秒，可以看到需要等待進(jìn)場(chǎng)的情況。第105頁(yè)共45頁(yè)RTOS4.4.3信號(hào)量的編程舉例2．準(zhǔn)備階段1）聲明信號(hào)量全局變量。在使用信號(hào)量之前，首先在07_AppPrg文件夾下的工程總頭文件（includes.h文件）中聲明一個(gè)信號(hào)量全局變量g_sp。2）創(chuàng)建信號(hào)量實(shí)例。在threadauto_appinit.c的app_init函數(shù)中創(chuàng)建信號(hào)量第106頁(yè)共45頁(yè)RTOS3．應(yīng)用階段1）等待信號(hào)量。在線(xiàn)程訪問(wèn)資源前，通過(guò)sem_take函數(shù)等待信號(hào)量；若無(wú)可用信號(hào)量時(shí)，則線(xiàn)程進(jìn)入信號(hào)量阻塞列表，等待可用信號(hào)量。例：sem_take(g_sp,WAITING_FOREVER);//等待信號(hào)量2）釋放信號(hào)量。在線(xiàn)程使用完資源后，通過(guò)sem_release函數(shù)釋放信號(hào)量。例：sem_release(g_sp);//釋放信號(hào)4．樣例程序源碼（參見(jiàn)..\03-Software\CH04-Syn-Comm\Semaphore..），轉(zhuǎn)入實(shí)例分析。第107頁(yè)共45頁(yè)RTOS程序執(zhí)行分析流程（重點(diǎn)）：每當(dāng)有車(chē)輛進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)直到車(chē)輛離開(kāi)，會(huì)輸出車(chē)輛對(duì)空閑車(chē)位（信號(hào)量）的使用過(guò)程以及線(xiàn)程的狀態(tài)。車(chē)輛到達(dá)停車(chē)場(chǎng)先請(qǐng)求空閑停車(chē)位（信號(hào)量），如果當(dāng)前空閑車(chē)位（信號(hào)量）個(gè)數(shù)為0，即無(wú)空閑車(chē)位（信號(hào)量），則會(huì)輸出當(dāng)前車(chē)輛等待空閑車(chē)位（信號(hào)量）的提示；當(dāng)車(chē)輛申請(qǐng)到空閑車(chē)位（信號(hào)量），則輸出剩余空閑車(chē)位（信號(hào)量）的個(gè)數(shù)；車(chē)輛離開(kāi)停車(chē)場(chǎng)釋放空閑車(chē)位（信號(hào)量），并輸出提示以釋放車(chē)位（信號(hào)量）。在車(chē)輛獲取空閑車(chē)位（信號(hào)量）時(shí)和車(chē)輛駛離停車(chē)場(chǎng)釋放空閑車(chē)位（信號(hào)量）時(shí)，增加了當(dāng)前空閑車(chē)位（信號(hào)量）數(shù)量的判斷，有空閑車(chē)位綠燈亮表示允許停車(chē)，無(wú)空閑車(chē)位紅燈亮表示禁止停車(chē)。第108頁(yè)共45頁(yè)RTOS運(yùn)行結(jié)果第109頁(yè)共45頁(yè)RTOS4.5.1互斥量的含義和應(yīng)用場(chǎng)合4.5互斥量

互斥量（Mutex，也稱(chēng)為互斥鎖）：是一種用于保護(hù)操作系統(tǒng)中的臨界區(qū)（或是共享資源）基本的同步工具之一。它能夠保證任何時(shí)刻只有一個(gè)線(xiàn)程能夠操作臨界區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程間同步?；コ饬康牟僮髦挥屑渔i和解鎖兩種，每個(gè)線(xiàn)程都可以對(duì)一個(gè)互斥量進(jìn)行加鎖和解鎖操作，必須按照先加鎖再解鎖的順序進(jìn)行操作。一旦某個(gè)線(xiàn)程對(duì)互斥量上鎖，在它對(duì)互斥量進(jìn)行解鎖操作之前，任何線(xiàn)程都無(wú)法再對(duì)該互斥量進(jìn)行上鎖，是一個(gè)獨(dú)占資源的行為。第110頁(yè)共45頁(yè)RTOS在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，有很多受限的資源，如串行通信接口、讀卡器和打印機(jī)等硬件資源以及公用全局變量、隊(duì)列和數(shù)據(jù)等軟件資源。以使用串口通信為例，下面是兩個(gè)線(xiàn)程間不使用互斥和使用互斥的情況。在不使用互斥的情況下，由于操作系統(tǒng)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)機(jī)制，線(xiàn)程A和線(xiàn)程B交替執(zhí)行，會(huì)導(dǎo)致發(fā)送的內(nèi)容混亂，無(wú)法得到正確的結(jié)果。第111頁(yè)共47頁(yè)RTOS4.5.2互斥量的常用函數(shù)1.創(chuàng)建互斥量變量函數(shù)(mutex_create)第112頁(yè)共45頁(yè)RTOS2．獲取互斥量函數(shù)(mutex_take)

第113頁(yè)共45頁(yè)RTOS3．互斥量釋放函數(shù)(mutex_release)第114頁(yè)共45頁(yè)RTOS4.5.3互斥量的編程舉例：實(shí)現(xiàn)對(duì)互斥資源的獨(dú)占訪問(wèn)1．互斥量樣例程序的功能事件編程實(shí)例見(jiàn)“..\03-Software\CH04-Syn-Comm\Mutex-3LED”。該工程給出了通過(guò)互斥量來(lái)實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程對(duì)資源的獨(dú)占訪問(wèn)的實(shí)例，其功能為：樣例工程實(shí)現(xiàn)紅燈線(xiàn)程每5s閃爍一次、綠燈線(xiàn)程每10s閃爍一次和綠燈線(xiàn)程每20s閃爍一次。在2.3節(jié)的樣例工程中紅燈線(xiàn)程、藍(lán)燈線(xiàn)程和綠燈線(xiàn)程有時(shí)會(huì)同時(shí)亮的情況（出現(xiàn)混合顏色），而本工程通過(guò)單色燈互斥量使得每一時(shí)刻只有一個(gè)燈亮，不出現(xiàn)混合顏色情況。第115頁(yè)共45頁(yè)RTOS4.5.3互斥量的編程舉例2．準(zhǔn)備階段

1）聲明互斥量全局變量。在includes.h中定義互斥量。G_VAR_PREFIXmutex_tmutex;2）創(chuàng)建互斥量實(shí)例。在app_init函數(shù)中初始化互斥量。g_mutex=mutex_create("g_mutex",IPC_FLAG_PRIO);//初始化互斥量變量第116頁(yè)共45頁(yè)RTOS3．應(yīng)用階段1）鎖定互斥量。在線(xiàn)程訪問(wèn)獨(dú)占資源前，通過(guò)mutex_take函數(shù)鎖定互斥量，以獲取其使用權(quán)；若此時(shí)獨(dú)占資源已被其他線(xiàn)程鎖定，則線(xiàn)程進(jìn)入該互斥量的等待列表，等待鎖定此資源的線(xiàn)程解鎖該互斥量。2）解鎖互斥量。在線(xiàn)程使用完獨(dú)占資源后，通過(guò)mutex_release()函數(shù)解鎖互斥量，釋放對(duì)獨(dú)占資源的使用權(quán)，以便其他線(xiàn)程能夠使用獨(dú)占資源。例：mutex_release(mutex);4．樣例程序源碼（參見(jiàn)“..\03-Software\CH04-Syn-Comm\Mutex-3LED”），轉(zhuǎn)入實(shí)例分析。第117頁(yè)共45頁(yè)RTOS程序流程執(zhí)行分析（重點(diǎn)）：

紅燈線(xiàn)程調(diào)用mutex_take函數(shù)申請(qǐng)鎖定單色燈互斥量成功，互斥鎖為1，紅燈線(xiàn)程切換亮暗。任何此時(shí)訪問(wèn)紅燈線(xiàn)程的請(qǐng)求都將被拒絕。當(dāng)紅燈線(xiàn)程鎖定單色燈互斥量時(shí)，藍(lán)燈線(xiàn)程和綠燈線(xiàn)程申請(qǐng)鎖定單色燈互斥量均失敗，會(huì)被放到互斥量阻塞列表中，直到紅燈線(xiàn)程解鎖單色燈互斥量之后，才會(huì)從互斥量阻塞列表中移出，獲得單色燈互斥量，然后進(jìn)行燈的亮暗切換。由于單色燈互斥量是由紅燈線(xiàn)程鎖定的，因此紅燈線(xiàn)程能成功解鎖它。5s后，紅燈線(xiàn)程解鎖單色燈互斥量，解鎖后互斥鎖為0，并進(jìn)入等待狀態(tài)。此時(shí)單色燈互斥量會(huì)從互斥量列表移出，并轉(zhuǎn)移給正在等待單色燈互斥量的綠燈線(xiàn)程。第118頁(yè)共45頁(yè)RTOS

綠燈線(xiàn)程變?yōu)閱紊珶艋コ饬克姓撸捅硎揪G燈線(xiàn)程成功鎖定單色燈互斥量，互斥鎖變?yōu)?，同時(shí)切換綠燈亮暗。10s后，綠燈線(xiàn)程解鎖單色燈互斥量，互斥鎖再次變?yōu)?，此時(shí)仍處于等待狀態(tài)的藍(lán)燈線(xiàn)程成為單色燈互斥量所有者。20s后，藍(lán)燈